(武汉大学)数字测图原理与方法课件-第四章

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第4章 水准测量和水准仪 章 数 字 测 图 原 理 与 方 法
4.1.1 水准测量原理
4.1 水准测量原理与方法
水准测量是测定地面点高程的主要方法之一.水准测量是使用水准仪和水准尺, 根据水平视线测定两点之间的高差,从而由已知点的高程推求未知点的高程.
H B = H A + h AB
设水准测量的 前进方向是由A点向 B点,则规定A点为 后视点,其水准尺 读数为a,称为后视 读数;B点为前视点, 其水准尺读数为b, 称为前视读数.则A, B两点间的高差为
黑红面 读数差 2.0mm
黑红面所测 高差之差 3.0mm
检测间歇点 高差之差 3.0mm
三等
四等
S3
80m
5.0m
10.0m
3.0mm
5.0mm
5.0mm
第4章 水准测量和水准仪 章
4.3.3 精密水准测量
4.3 水准测量外业施测
数 字 测 图 原 理 与 方 法
精密水准测量一般指国家一,二等水准测量.在两相邻测站上,应按奇,偶数测站的 观测顺序进行观测: (1)往测:奇数站为后—前—前—后;偶数站为前—后—后—前. (2)返测:奇数站为前—后—后—前;偶数站为后—前—前—后. 在一测段的水准测量路线上,测站数应为偶数.每一测段的水准路线应进行往测与返测, 且应分别在上午和下午观测. 水准观测中的注意事项: 水准观测中的注意事项: (1)观测之前应将仪器置于露天阴影处,使仪器与外界气温趋于一致;观测时应用测伞 遮蔽阳光;迁站时应罩以仪器罩. (2)观测前应测出倾斜螺旋的置平零点,并做标记;随着气温变化,应随时调整置平零 点的位置. (3)除路线拐弯处外,每一测站上仪器和前后视标尺的3个位置,应尽可能接近于一条直 线. (4)同一测站上观测时, 不得重复调焦.转动仪器的倾斜螺旋和测微轮时,其最后旋转 方向均应为旋进. (5)每一测段的往测与返测,其测站数均应为偶数,否则应加入标尺零点差改正.由往 测转为返测时,2根标尺必须互换位置,并应重新整置仪器. (6)在观测工作间歇时,最好能结束在固定的水准点上,否则应选择2个坚稳可靠的固定 点,作为间歇点.间歇后,应对2个间歇点的高差进行检测,检测结果符合要求后从间歇 点起测.
第4章 水准测量和水准仪 章
4.1.2 水准测量方法
4.1 水准测量原理与方法
数 字 测 图 原 Biblioteka Baidu 与 方 法
如果两点之间的距离较远,或高差较大时,仅安置一次仪器便不能测得它们的高 差,这时需要加设若干个临时的立尺点,作为传递高程的过渡点,称为转点.每安置 一次仪器,称为一个测站 .
高差hAB由下式算得:
目前电子水准仪采用的自动电子读数方法有以下三种: 相关法,如Leica公司NA2002,NA3003的电子水准仪; 几何法,如蔡司厂的DiNi10,DiNi20; 相位法,如拓普康公司的DL-101C,DL-102C.
第4章 水准测量和水准仪 章 数 字 测 图 原 理 与 方 法
4.2.8.2. 电子水准仪的一般结构
目录
当气泡居中时,圆水准轴就处于铅垂位置.可使水准仪的 纵轴大致处于铅垂位置
第4章 水准测量和水准仪 章
4.2.4 带有光学测微器装置的水准仪
4.2 水准仪和水准尺
数 字 测 图 原 理 与 方 法
S1型水准仪
N3精密水准仪
第4章 水准测量和水准仪 章 数 字 测 图 原 理 与 方 法
4.2.5 自动安平水准仪 4.2.5.1 自动安平水准仪的原理
第4章 水准测量和水准仪 4.4 水准测量的误差分析 章 数 字 测 图 原 理 与 方 法
数 字 测 图 原 理 与 方 法
数字测图原理与方法
第四章 水准测量和水准仪
电子教案
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武汉大学测绘学院
第4章 水准测量和水准仪 章
数 字 测 图 原 理 与 方 法
4.1 水准测量原理与方法 4.2 水准仪和水准尺 4.3 水准测量外业施测 4.4 水准测量的误差分析 4.5 水准仪的检验和校正
直接利用高差hAB计算B点高程的方法称为高差法 高差法. 高差法 利用仪器视线高程Hi计算B点高程的方法称为视线高法. 视线高法. 视线高法
Hi = HA+a HB=HA+(a-b)=Hi-b
当安置一次水准仪,根据一个已知高程的后视点,需求出若干个未知点的高程时, 用上式计算较为方便,这在建筑工程中经常用到.
为了讨论地球曲率对水准尺上读数的影响,现把水准面看作圆球面.地球曲率 对水准尺上读数的影响分别用 p1,p2表示(称为球差改正). 由于大气折光的影响,实际视线不是水平直线,而是曲线.实际视线的形状十 分复杂,但当视线不太长时,可将其当做圆弧看待.大气折光的影响分别用f1, f2表 示(称为气差改正).
h AB = (a1 b1 ) + (a 2 b2 ) + + (a n +1 bn +1 ) =
∑ (a b) = ∑ a ∑ b
1 1 1
n +1
n +1
n +1
第4章 水准测量和水准仪 章 数 字 测 图 原 理 与 方 法
4.1.3 地球曲率和大气折光的影响
4.1 水准测量原理与方法
第4章 水准测量和水准仪 章
4.2.5.2 补偿器的补偿原理
4.2 水准仪和水准尺
数 字 测 图 原 理 与 方 法
补偿器的具体结构类型有多种,但一般均采用吊挂光学零件的方法,借助重力的 作用达到视线自动补偿的目的.
端 B 目镜 物镜端 A
α
γ
α
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4.2.5.3 阻尼器
4.2 水准仪和水准尺
在望远镜中装置了一个由光敏二极管构成的行阵探测器,仪 器采用数字图像识别处理系统,并配用条码水准标尺.
目录
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4.3 水准测量外业施测
数 字 测 图 原 理 与 方 法
在每一测站的水准测量 中,为了能及时发现观测中 的错误,通常采用双面尺法 或两次仪器高法进行观测, 以检查高差测定中可能发生 的错误. 双面尺法为每一测站上用 两组不同的水准尺面的读 数来测定相邻两点间的高 差, 两次仪器高法为每一测站 上用两次不同仪器高度的 水平视线来测定相邻两点 间的高差.
4.2 水准仪和水准尺
1)在光路中装置—个"补偿器".使光线偏转而通过十字丝交点
f α = s β
β = 4α
适当地选择补偿器的位置,可使水平光线正好通过十字丝的交点.
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2)移动十字丝的"补偿"装置
4.2 水准仪和水准尺
视准轴始终是铅垂位置, 两个反光镜构成45度角, 视准轴经两次反射后射出望远镜的光 线必是水平光线.因此十字丝交点上始终 得到水平视线的渎数.
k R′ R k 设弯曲视线的曲率为 R' = ,此处k为折光系数.由于R′远远大于R,故k小于1, K 通常取平均值 k=0.11
R
S2 S2 =K f = R 2R 2( ) K
地球曲率与大气折光对读数的联合影响用r表示,称为球气差改正,简称两差改正.
目录
hAB = (a b) (r1 r2 )
4.2 水准仪和水准尺
数 字 测 图 原 理 与 方 法
(a) 空气阻尼器
摆动杆 气缸体 小孔 活塞P
摆动杆 磁铁 金属薄板
(b) 磁阻尼器
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4.2.6水准尺和尺垫
4.2 水准仪和水准尺
区格式木质双面水准尺 因瓦水准尺 尺垫与尺桩
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4.2 水准仪和水准尺
数 字 测 图 原 理 与 方 法
4.2.3.1 水准管
水准管的零点 水准管轴 气泡居中 水准管分划值τ 水准管上两相邻分划线间 的圆弧(弧长为2mm)所对的圆心角,
τ ′′ =
2 ρ ′′ R
4.2.3.2 圆水准器
圆心O是圆水准器的零点,通过零点和球心的连线(点的法 线),称为圆水准轴.
S2 r = p f = (1 K ) 2R
h AB = (a + f1 p1 ) (b + f 2 p 2 )
当前,后视距离相等时,r1与r2互相抵消.
第4章 水准测量和水准仪 章
4.2 水准仪和水准尺
数 字 测 图 原 理 与 方 法
4.2.1水准仪的基本部件
水准仪系列型号 每千米往返测高差中 数偶然中误差 主要用途 DS05 ≤0.5mm DS1 ≤1mm DS3 ≤3mm DS10 ≤10mm
h AB = a b
H B = H A + ( a b)
第4章 水准测量和水准仪 章 数 字 测 图 原 理 与 方 法
4.1 水准测量原理与方法
为了避免计算高差时发生正,负号的错误,在书写高差时必须注意下标的写法. 例如hAB是表示由A点至B点的高差;而hBA表示由B点至A点的高差,即
hAB = hBA
4.2.2 测量望远镜的构造及其成像和瞄准原理
物镜;2.目镜;3.调焦透镜;4.十字丝分划板;5.物镜调焦螺旋; 6.目镜调焦螺旋;7.十字丝放大像
观测者的眼睛作上,下(或左,右)移动,若发觉目标像与十字丝之间有相对移 动,这种现象称为"视差". 消除视差的方法
第4章 水准测量和水准仪 章
4.2.3 水准器及其灵敏度
δ h AB = 0
第4章 水准测量和水准仪 4.4 水准测量的误差分析 章 数 字 测 图 原 理 与 方 法
4.4.2 观测误差
观测误差主要包括有: 1.精平误差 2.调焦误差 3.估读误差 4.水准尺倾斜误差 4.4.1.2. 水准尺误差
水准尺刻划不准确,尺长变化,弯曲等,会影响水准测量的精度,因此,水准 尺需经过检验才能使用.一对水准尺的零点差,可在一测段中使测站数为偶数的方 法予以消除.
第4章 水准测量和水准仪 章 数 字 测 图 原 理 与 方 法
4.1 水准测量原理与方法
4.1.3.1 地球曲率对一根水准尺上读数的影响
设通过仪器中心I的水准面的半径为R,仪器至水准尺的弧长为S,仪器至水准 尺的切线长为t,地球曲率对水准尺上读数的影响为p.得
S2 p= 2R
4.1.3.2 大气折光对一根水准尺上读数的影响
2.i角对高差的影响
数 字 测 图 原 理 与 方 法
xa =
Sa i
ρ
xb =
Sb i
ρ
δ h AB = x a x b
= i
hAB = (a xa ) (b xb )
' '
ρ
(S a Sb )
= (a ' b ' ) ( xa xb )
' = hAB δhAB
S a = S b 时,
4.2.7 水准仪的使用
水准仪的基本操作包括以下步骤 步骤: 步骤 1.安置仪器 2.粗平 3.瞄准水淮尺 4.精平 5.读数
4.2 水准仪和水准尺
第4章 水准测量和水准仪 章
4.2.8 电子水准仪
4.2 水准仪和水准尺
数 字 测 图 原 理 与 方 法
4.2.8.1 概述
电子水准仪与光学水准仪相比,具有以下优点: 速度快, 精度高, 读数客观, 使用方便,能减轻作业劳动强度, 可自动记录,存储测量数据, 易于实现水准测量内外业一体化的.
目录
第4章 水准测量和水准仪 章 数 字 测 图 原 理 与 方 法
1.i角对读数的影响
4.4 水准测量的误差分析 4.4.1仪器误差
4.4.1.1 视准轴与水准管轴不平行的误差
视准轴与水准管轴 在竖直面上投影的夹角 称i角.
xa = S a tgi =
i
ρ ′′
Sa
第4章 水准测量和水准仪 4.4 水准测量的误差分析 章
4.3.1 普通水准测量
施测程序
第4章 水准测量和水准仪 章 数 字 测 图 原 理 与 方 法
等级 仪器 类型 S3 标准视线 长度 65m 后前视 距差 3.0m 后前视距 差累计 6.0m
4.3 水准测量外业施测
4.3.2 国家三,四等水准测量
一测站上水准仪照准双面水准尺的顺序为: 1. 照准后视标尺黑面,进行视距丝,中丝读数; 2. 照准前视标尺黑面,进行中丝,视距丝读数; 3. 照准前视标尺红面,进行中丝读数; 4. 照准后视标尺红面,进行中丝读数; 即"后前前后"(黑,黑,红,红) 四等水准测量每站观测顺序也可为"后后前前"(黑,红,黑,红).
国家一等水准测量 及地震监测
国家二等水准 测量及其他精 密水准测量
国家三,四等水 准测量及一般工 程水准测量
一般工程水准测量
下图为一种S3微倾式水准仪的外形和各部件名称.它主要由望远镜,水准器和基座三 部分组成.
第4章 水准测量和水准仪 章 数 字 测 图 原 理 与 方 法
1.
4.2 水准仪和水准尺